专利名称：非金属封装光纤光栅传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种非金属光纤Bragg光栅封装技术。特别是涉及一种无任何金属材料，利用石英毛细管、凹形导热陶瓷材料、聚酯弹性松套管以及环氧胶封装的光纤光栅传感器件，实现对特殊环境的温度感测。
背景技术：
光纤光栅是一种新型的光无源器件，具有很强的抗电磁干扰能力、体积小、质量轻、寿命长、安全隐患小、可实现准分布式测量和电绝缘等优点，因此，光纤光栅在光纤通信，光纤传感和光信息处理等领域均有着广阔的应用前景。但是裸光纤Bragg光栅非常脆弱，直径只有125 μ m，机械强度大为降低，在实际使用尤其是现场施工时，由于玻璃材质光纤纤细、易折、易断、易受外届应力破坏，给施工增加难度，也使裸光纤光栅的广泛使用受到 很大的限制。针对现场情况，应该对光纤光栅进行良好的封装，既能对光纤光栅进行良好的保护，又能使光栅的应用效果不受影响。因此设计实用光纤光栅封装工艺具有很大的意义。目前已经报道的封装方法有聚合物封装法、半金属封装法和钢片封装法，还没有利用导热陶瓷封装传感器的案例。对于传感器的封装，不同的应用场合要求也不一样。例如在某些强电磁场区域，金属封装的传感器会由于强电磁场形成涡流产生热量，对温度的测量会有很大影响。所以在此种情况下就必须要求使用非金属封装的光纤光栅传感器。另外光纤光栅对于应力、应变、温度等多种参量等都具有不同程度的敏感特性，即交叉敏感。将其作为温度传感器时，还需要通过封装技术提高温度参量的灵敏度，避免弯曲和应力等参量的交叉敏感的影响。因此光纤光栅传感器封装的合理与否，直接影响最后测量的精准。
发明内容本实用新型目的是解决现有金属封装的传感器由于强电磁场形成的涡流而在金属导体内产生热量，对温度的测量会有很大影响的问题，提供一种非金属封装光纤光栅传感器。具体涉及一种利用石英毛细管、导热陶瓷、聚酯弹性松套管以及环氧胶封装的光纤Bragg光栅传感器。本实用新型提供的非金属封装光纤光栅传感器，包括导热陶瓷基底(I)、光纤Bragg光栅(2)、石英毛细管(3)、聚酯弹性松套管(4)、单模光纤(5)和透明环氧胶(6);所述导热陶瓷基底(I)的一面开有一个凹型槽，石英毛细管(3)的一部分塞入到聚酯弹性松套管(4) 一端，置入导热陶瓷基底(I)的凹型槽中并用透明环氧胶(6)固定，单模光纤(5)的末端为光纤Bragg光栅(2)，栅区两端有颜色标记，光纤Bragg光栅(2)塞入聚酯弹性松套管(4)，使光纤Bragg光栅(2)的栅区恰好处于导热陶瓷基底(I)的凹槽内固定的聚酯弹性松套管(4)和石英毛细管(3)中，且不超出石英毛细管。所述的导热陶瓷基底(I)的长度为2cm-5cm,宽为高为2mm-5mm。导热陶瓷基底(I)上的凹槽与导热陶瓷基底(I)等长，凹槽宽为1mm，高为1mm。所述石英毛细管(3)长4cm-6cm，塞入到聚酯弹性松套管(4)中部分为2cm-5cm，聚酯弹性松套管(4)长O. 5m-2m。在形状，材质及其构造上，本实用新型传感器的特点使用凹形的导热陶瓷作为基底材料，功能是增加传感器机械强度和热传导。约6cm石英毛细管塞入到约Im长聚酯弹性松套管一端大约3cm，将其放入导热陶瓷的凹型槽中，使石英毛细管与聚酯弹性松套管的连接处放入凹型槽大约中心位置处，用环氧胶固定，其功能是增加光纤及光栅栅区的机械强度，并保证光栅在毛细管中自由伸缩，避免光栅受应力弯曲引起的交叉敏感影响。最后将光纤Bragg光栅塞入松套管，使光栅的栅区位于导热陶瓷凹型槽的石英毛细管中且不超出，其功能是光纤光栅是作为温度传感器件。本实用新型的非金属封装光纤光栅传感器的优点是适用于要求无金属特殊场合的温度测量；利用导热陶瓷热传导效率高，测量的温度值更加精确；将光栅的栅区套入石英毛细管中，既可以保护其机械强度，又能保证其自由度，避免弯曲和应力等参量引起的交 叉敏感。
图I是本实用新型的整体结构俯视示意图。图2是本实用新型的整体结构前视图。图中I导热陶瓷基底，2光纤Bragg光栅，3石英毛细管，4聚酯弹性松套管，5单模光纤，6透明环氧胶。
以下结合附图和实施例对本实用新型的非金属封装光纤光栅传感器结构做出进一步说明。
具体实施方式
实施例如图I所示，本实用新型的非金属封装光纤光栅传感器结构包括导热陶瓷基底
(I)、光纤Bragg光栅(2)、石英毛细管(3)、聚酯弹性松套管(4)、单模光纤(5)和透明环氧胶(6)。导热陶瓷基底(I)的一侧开有一个凹槽，石英毛细管(3)塞入到聚酯弹性松套管(4)内一端，聚酯弹性松套管(4)置入导热陶瓷基底(I)的凹槽中并用透明环氧胶(6)固定，单模光纤(5)的末端为光纤Bragg光栅(2),栅区两端有颜色标记,将光纤Bragg光栅(2)塞入聚酯弹性松套管(4)内，使光纤Bragg光栅(2)的栅区恰好处于导热陶瓷基底(I)的凹槽中固定的石英毛细管(3)中，且不超出石英毛细管。本实用新型非金属封装光纤光栅传感器结构在形状、材质及构造上的主要特点是使用非金属凹形的导热陶瓷基底(I)作为基底材料，其目的是增强传感器机械强度和热传导。约6cm石英毛细管(3)接入到约Im长聚酯弹性松套管(4)中大约3cm，将其放入导热陶瓷(I)的凹槽中，使石英毛细管(3)与聚酯弹性松套管(4)的连接处放入凹槽大约中心位置处，用透明环氧胶(6)固定，其目的是增强单模光纤(5)及光纤Bragg光栅栅区的机械强度，并保证光纤Bragg光栅(2)随温度变化自由伸缩，避免光栅受应力弯曲引起的交叉敏感影响。最后将光纤Bragg光栅(2)塞入聚酯弹性松套管(4)，使光纤Bragg光栅(2)的栅区恰好处于导热陶瓷基底(I)凹槽的石英毛细管(3)中，达到其作为温度传感器件的目的，整个结构中未使用金属器件。所述的单模光纤(5)采用C波段的单模光纤。所述的凹形结构导热陶瓷是按照尺寸定制的导热陶瓷长2_5cm,宽5mm,高约3mm ;凹型结构位于导热陶瓷正面约中心位置,和导热陶瓷一样长,宽Imm,高1_。所述的石英毛细管(3)内径约320 μ m，外径约450 μ m。所述的聚酯弹性松套管(4)内径约500 μ m，外径约800 μ m。本实用新型光纤光栅传感器目前已经应用在高压开关柜中作为温度传感器件。相比电子温度传感器件，在强的电磁场环境下，本实用新型非金属导热陶瓷基底(I)封装的光纤光栅传感器不会受到电磁干扰，也不会出现由于电磁涡流发热的情况。在对光纤Bragg光栅(2)起到保护作用的同时又避免了弯曲、应力等参量的交叉敏感特性。 实现本实用新型最佳方案是凹形导热陶瓷基底(I)为主，凹形导热陶瓷可以按照一定的尺寸定做，石英毛细管(3)和聚酯弹性松套管(4)以及环氧透明胶都比较常见，这就能够更好的实现本实用新型非金属封装光纤光栅传感器的实用价值和经济价值。
权利要求1.一种非金属封装光纤光栅传感器，其特征在于该传感器包括导热陶瓷基底(I)、光纤Bragg光栅(2)、石英毛细管(3)、聚酯弹性松套管(4)、单模光纤(5)和透明环氧胶(6)；所述导热陶瓷基底(I)的一面开有一个凹型槽，石英毛细管(3)的一部分塞入到聚酯弹性松套管(4) 一端，置入导热陶瓷基底(I)的凹型槽中并用透明环氧胶(6)固定，单模光纤(5)的末端为光纤Bragg光栅(2)，栅区两端有颜色标记，光纤Bragg光栅(2)塞入聚酯弹性松套管(4)，使光纤Bragg光栅(2)的栅区恰好处于导热陶瓷基底(I)的凹槽内固定的聚酯弹性松套管(4)和石英毛细管(3)中，且不超出石英毛细管。
2.根据权利要求I所述的非金属封装光纤光栅传感器，其特征在于所述的导热陶瓷基底(I)的长度为2cm-5cm,宽为高为2mm-5mm。
3.根据权利要求I所述的非金属封装光纤光栅传感器，其特征在于所述导热陶瓷基底(I)上的凹槽与导热陶瓷基底(I)等长，凹槽宽为1mm，高为1mm。
4.根据权利要求I所述的非金属封装光纤光栅传感器，其特征在于所述石英毛细管(3)长4-6cm，塞入到聚酯弹性松套管(4)部分为2-5cm，聚酯弹性松套管(4)长O. 5m_2m。
5.根据权利要求I所述的非金属封装光纤光栅传感器，其特征在于所述的光纤Bragg光栅(2)，栅区两端有颜色标记，将光纤Bragg光栅(2)塞入聚酯弹性松套管(4)，使栅区恰好位于导热陶瓷基底(I)的凹槽内固定的聚酯弹性松套管(4)和石英毛细管(3)中，且不超出石英毛细管。
专利摘要本实用新型涉及一种非金属封装光纤光栅传感器。包括导热陶瓷基底(1)、光纤Bragg光栅(2)、石英毛细管(3)、聚酯弹性松套管(4)、单模光纤(5)和透明环氧胶(6)。使用凹形的导热陶瓷作为基底材料，目的是增强传感器机械强度和热传导。将石英毛细管(3)塞入聚酯弹性松套管(4)内，放入导热陶瓷基底(1)凹槽中，用透明环氧胶(6)固定，目的是增强单模光纤(5)及光纤Bragg光栅栅区的机械强度，保证光纤Bragg光栅(2)随温度变化自由伸缩，避免光栅受应力弯曲引起的交叉敏感影响。作为一种温度传感器件，整个结构中未使用金属物件。
文档编号G01K11/32GK202599565SQ201220226960
公开日2012年12月12日 申请日期2012年5月18日 优先权日2012年5月18日
发明者刘波, 刘海锋, 张昊 申请人:南开大学